高中化學(xué)微項目研究車用燃料及安全氣囊利用化學(xué)反應(yīng)解決實際問題學(xué)案魯科版必修第二冊

微項目研究車用燃料及安全氣囊——利用化學(xué)反應(yīng)解決實際問題學(xué)業(yè)要求1.了解汽車燃料，嘗試選擇、優(yōu)化車用燃料，建立化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化與能量變化的關(guān)聯(lián)，初步形成利用化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量變化指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的基本思路。2．通過設(shè)計安全氣囊，初步形成從化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化和能量變化及反應(yīng)速率的視角科學(xué)解決問題的思路。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)——自學(xué)·思記·嘗試1.常見的汽車燃料(1)燃料通常指能夠?qū)⒆陨泶鎯Φ腳_______能通過化學(xué)反應(yīng)(燃燒)轉(zhuǎn)變?yōu)開_______能的物質(zhì)。(2)自從汽車問世，汽車燃料經(jīng)歷了從________到________的變遷。2．汽車尾氣污染及處理(1)汽車尾氣污染：是指由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染。主要污染物為________化合物、________化物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、苯并芘及固體顆粒物等，能引起光化學(xué)煙霧等。(2)汽車尾氣處理：即汽車尾氣由原有毒氣體，變成無毒氣體，再排放到大氣中。從而可減少對大氣環(huán)境的污染。①采用催化劑：將CO氧化成________，碳?xì)浠衔镅趸蒧_______和________，NOx被還原為________等。②水洗：通過水箱，使汽車尾氣中的碳煙粒子經(jīng)過水洗和過濾及蒸氣的淋浴，可將粘在碳粒上的有毒物質(zhì)洗去，使碳粒子脹大而給予去除。3．汽車安全氣囊氣體發(fā)生劑(1)特點(diǎn)：汽車安全氣囊使用的氣體發(fā)生劑一般具有生成物________、低________、有毒組分含量________、產(chǎn)氣量________、產(chǎn)氣________等特點(diǎn)。(2)常見氣體發(fā)生劑種類：①成分：目前，用于汽車安全氣囊的氣體發(fā)生劑主要由______、________、________等物質(zhì)按一定比例混合而成。其氧化劑主要是________________________________。②原理：Ⅰ.汽車受到強(qiáng)烈撞擊時，點(diǎn)火器點(diǎn)火引發(fā)疊氮化鈉分解為氮?dú)夂徒饘兮c。反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.硝酸銨吸收疊氮化鈉放出的熱量，生成一氧化二氮?dú)怏w和水蒸氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅲ.三氧化二鐵和鈉反應(yīng)，生成鐵和氧化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。學(xué)考評價——夯實·測控·演練1．已知汽車尾氣無害化處理的反應(yīng)為2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。下列說法不正確的是()A．升高溫度可使該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率減小B．使用高效催化劑可增大正反應(yīng)速率C．反應(yīng)達(dá)到平衡后，NO的反應(yīng)速率保持恒定D．單位時間內(nèi)消耗CO和CO2的物質(zhì)的量相等時，反應(yīng)達(dá)到平衡2．汽車劇烈碰撞時，安全氣囊中發(fā)生反應(yīng)：10NaN3＋2KNO3=K2O＋5Na2O＋16N2↑。下列說法不正確的是()A．還原性：NaN3>N2B．若有65gNaN3參加反應(yīng)，則生成的N2的物質(zhì)的量為1.6molC.每轉(zhuǎn)移1mol電子，可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下N2的體積為35.84LD.被還原的N與被氧化的N的質(zhì)量比為15∶13．黨的十九大報告指出：“堅持人與自然和諧共生，堅定走生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，建設(shè)美麗中國，為人民創(chuàng)造良好的生活環(huán)境”。下列行為與該主題不相吻合的是()A．發(fā)展農(nóng)村沼氣，將廢棄的農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為清潔高效的能源B.實施礦物燃料的脫硫脫硝技術(shù)，可以減少氮氧化物的排放C．開著大排量的家用汽車直播聲討霧霾天氣D．在推廣乙醇汽油的同時，研究開發(fā)太陽能電池和氫燃料電池汽車4．汽車尾氣是城市主要污染之一，治理的一種辦法是在汽車排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，它使一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及二氧化硫的轉(zhuǎn)化，下列說法錯誤的是()A．一氧化氮與一氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO＋2NO2CO2＋N2B．此方法的缺點(diǎn)是使二氧化碳的量增多，會大大提高空氣的酸度C．為減少城市污染應(yīng)開發(fā)新能源D．汽車尾氣中有兩種氣體與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒5．給汽車安裝尾氣凈化裝置，汽車尾氣通過凈化裝置(內(nèi)有鈀等過渡金屬元素做催化劑)后，其中的有害氣體CO、NO轉(zhuǎn)化為無害氣體N2、CO2，則下列說法正確的是()A．NO為還原劑B．CO為還原劑C．N2為還原劑D．CO2為氧化劑6．經(jīng)過多方努力，某市的空氣質(zhì)量有了明顯改善。造成霧霾的重要原因之一是汽車尾氣的排放，汽車加裝尾氣處理裝置可以減少有害尾氣的排放。在汽車尾氣凈化裝置里，氣體在催化劑表面吸附與解吸作用的過程如圖所示。下列說法錯誤的是()A．NO2是該過程的中間產(chǎn)物B．汽車尾氣的主要污染成分為CO和NOC．NO和O2必須在催化劑表面才能反應(yīng)D．該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N27．鈉是一種非?；顫?、具有廣泛應(yīng)用的金屬。(1)鈉的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，鈉原子在反應(yīng)中容易________(填“得到”或“失去”)電子。(2)金屬鈉非?；顫?，在實驗室中通常將其保存在________中，以隔絕空氣。(3)汽車安全氣囊的氣體發(fā)生劑NaN3可由金屬鈉生產(chǎn)。某汽車安全氣囊內(nèi)含NaN3、Fe2O3和NaHCO3等物質(zhì)。ⅰ.當(dāng)汽車發(fā)生較嚴(yán)重的碰撞時，點(diǎn)火器點(diǎn)火引發(fā)NaN3分解：2NaN3?2Na＋3N2↑，從而為氣囊充氣。N2的電子式為________。ⅱ.產(chǎn)生的Na立即與Fe2O3發(fā)生置換反應(yīng)生成Na2O，化學(xué)方程式是________________________________。ⅲ.NaHCO3是冷卻劑，吸收產(chǎn)氣過程釋放的熱量。NaHCO3起冷卻作用時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________。ⅳ.一個安全氣囊通常裝有50gNaN3，其完全分解所產(chǎn)生的N2為________mol。(4)工業(yè)通過電解熔融的NaCl生產(chǎn)金屬鈉：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。具體過程如圖：已知：電解時需要將NaCl加熱至熔融狀態(tài)。NaCl的熔點(diǎn)為801℃，為降低能耗，通常加入CaCl2從而把熔點(diǎn)降至約580℃。①把NaCl固體加熱至熔融狀態(tài)，目的是________________________。②電解時，要避免產(chǎn)生的Na與Cl2接觸而重新生成NaCl。用電子式表示NaCl的形成過程：________________________________。③粗鈉中含有少量雜質(zhì)Ca，過程Ⅱ除去Ca的化學(xué)方程式是________________________(不用寫反應(yīng)條件)。④過程Ⅰ中，CaCl2能發(fā)生像NaCl那樣的電解反應(yīng)而被消耗，但在過程Ⅰ中CaCl2卻不斷地重新生成，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8．汽車安全氣囊的主要成分為疊氮化鈉(NaN3)，它易溶于水，微溶于乙醇?？捎脕喯跛崾宥□?t-BuNO2，以t-Bu表示叔丁基)與N2H4、氫氧化鈉溶液混合反應(yīng)制備疊氮化鈉。(1)制備疊氮化鈉(NaN3)：按如圖所示組裝儀器(加熱和夾持裝置略)和投料進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)中還有叔丁醇(t-BuOH)和H2O生成。①儀器a的名稱是________________。②寫出裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________________。③該反應(yīng)需控制溫度在65℃，可采用的實驗加熱措施是________________________________________________________________________。④反應(yīng)后溶液在0℃下冷卻至有大量晶體析出后過濾，所得晶體使用無水乙醇洗滌。解釋低溫下過濾和使用無水乙醇洗滌晶體的原因：__________________________。(2)疊氮化鈉有毒，可用次氯酸鈉溶液處理含有疊氮化鈉的溶液，反應(yīng)后溶液堿性明顯增強(qiáng)，且產(chǎn)生無色無味的無毒氣體，試寫出反應(yīng)的離子方程式：______________________。微項目研究車用燃料及安全氣囊——利用化學(xué)反應(yīng)解決實際問題學(xué)業(yè)基礎(chǔ)1．(1)化學(xué)熱(2)煤汽油2．(1)碳?xì)涞?2)CO2CO2H2ON23．(1)清潔腐蝕低大快(2)①疊氮化鈉三氧化二鐵硝酸銨Fe2O3②Ⅰ.2NaN3?2Na＋3N2↑Ⅱ.NH4NO3?N2O↑＋2H2O↑Ⅲ.Fe2O3＋6Na△2Fe＋3Na2O學(xué)考評價1．解析：升高溫度正、逆反應(yīng)速率都增大，故A不正確；使用高效催化劑可同等程度地增大正、逆反應(yīng)速率，故B正確；反應(yīng)達(dá)到平衡后，正、逆反應(yīng)速率相等且保持恒定，故C正確；單位時間內(nèi)消耗CO和CO2的物質(zhì)的量相等時，即正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確。答案：A2．解析：KNO3是氧化劑，NaN3是還原劑，氮?dú)饧仁茄趸a(chǎn)物又是還原產(chǎn)物，根據(jù)還原劑的還原性強(qiáng)于還原產(chǎn)物的還原性可知，還原性：NaN3>N2，故A正確；根據(jù)化學(xué)方程式可知，當(dāng)65g(即1mol)NaN3參加反應(yīng)時，生成的N2的物質(zhì)的量為1.6mol，故B正確；根據(jù)化學(xué)方程式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)移1mol電子時即1molNaN3參加反應(yīng)，生成1.6molN2，1.6molN2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.6mol×22.4L·mol－1＝35.84L，故C正確；被還原的N與被氧化的N的質(zhì)量之比為1∶15，故D不正確。答案：D3．解析：A項，將廢棄的農(nóng)作物秸稈制沼氣供家庭取暖和做飯時使用，不但充分利用農(nóng)村資源，而且沼氣是清潔能源，燃燒產(chǎn)生的污染物少；B項，含硫、氮的礦物燃料直接燃燒，會產(chǎn)生二氧化硫和氮氧化物，造成酸雨和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題，脫硫脫硝后，可以減少二氧化硫和氮氧化物的排放；C項，大排量汽車耗油高，會生成大量的空氣污染物，造成環(huán)境污染；D項，太陽能電池和氫燃料電池是對環(huán)境友好的電池，不產(chǎn)生污染。答案：C4．解析：A項，由題給信息可知，NO和CO反應(yīng)生成無毒的氮?dú)夂投趸?，化學(xué)方程式為2CO＋2NO2CO2＋N2；B項，二氧化碳增多不會提高空氣的酸度；C項，NO、CO均為空氣污染物，新能源燃燒不生成有毒物質(zhì)，則為減少城市污染應(yīng)開發(fā)新能源；D項，汽車尾氣中的NO、CO均極易與血紅蛋白結(jié)合而使人中毒。答案：B5．解析：反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO＋2NON2＋2CO2，NO中N元素的化合價降低，被還原，NO為氧化劑，N2為還原產(chǎn)物，CO中C元素的化合價升高，被氧化，CO為還原劑，CO2為氧化產(chǎn)物。答案：B6．解析：A項，由題圖可知，2NO＋O2=2NO2，2NO2＋4CO4CO2＋N2，NO2是該過程的中間產(chǎn)物；B項，汽油不完全燃燒可生成CO，空氣中的氮?dú)庠谄字蟹烹姉l件下可生成NO，汽車尾氣的主要污染成分是CO、NO等；C項，NO和O2在常溫下就能反應(yīng)生成NO2；D項，該反應(yīng)的反應(yīng)物是NO、O2、CO，生成物是CO2、N2，反應(yīng)條件是催化劑，所以該催化轉(zhuǎn)化的總反應(yīng)方程式為2NO＋O2＋4CO4CO2＋N2。答案：C7．解析：(1)鈉原子最外層有1個電子，在反應(yīng)中容易失去最外層的電子。(2)金屬鈉非常活潑，與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，在實驗室中通常將其保存在煤油中以隔絕空氣。(3)ⅰ.N2的電子式為∶N??N∶。ⅱ.置換反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物均為單質(zhì)和化合物，所以Fe2O3與Na發(fā)生置換反應(yīng)的產(chǎn)物是Fe和Na2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2O。ⅲ.NaHCO3不穩(wěn)定，受熱易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3?Na2CO3＋CO2↑＋H2O。ⅳ.NaN3分解的化學(xué)方程式為2NaN3?2Na＋3N2↑，設(shè)50gNaN3完全分解所產(chǎn)生的N2的物質(zhì)的量為n，則：2NaN3?2Na＋3N2↑2×65g3mol50gn2×65g50g＝3moln，解得(4)①把NaCl固體加熱至熔融狀態(tài)，目的是電離出自由移動的鈉離子和氯離子。②氯化鈉為離子化合物，用電子式表示NaCl的形成過程為。③粗鈉中含有少量雜質(zhì)Ca，過程Ⅱ除去Ca的化學(xué)方程式為2Ca＋Na2O2=2Na＋2CaO。④過程Ⅰ中，CaCl2不斷地重新生成，原因是鈣的金屬性強(qiáng)于鈉，更易和氯氣反應(yīng)生成氯化鈣。答案：(1)失去(2)煤油(3)ⅰ.∶N??N∶ⅱ.Fe2O3＋6Na2Fe＋3Na2Oⅲ.2NaHCO3?Na2CO3＋CO2↑＋H2Oⅳ.1.15(4)①電離出鈉離子和氯離子②③2Ca＋Na2O2=2Na＋2CaO④鈣的金屬性強(qiáng)于鈉，更易和氯氣反應(yīng)生成氯化鈣8．解析：(1)①儀器a為恒壓滴液漏斗；②根據(jù)題意可知反應(yīng)物有t-BuNO2、NaOH和N2H4，生成物是NaN3、H2O和t-BuOH，反應(yīng)的化學(xué)方程式為t-B